彌明言， 杜 超， 溫小珊， 姚鋒先， 紀(jì)玲玲， 李松濤， 王宵君， 程林秀

(1.贛南師范大學(xué)地理與環(huán)境工程學(xué)院/江西省城市固廢低碳循環(huán)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西贛州 341000；2.國家臍橙工程技術(shù)研究中心，江西贛州 341000)

磷素是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的必要元素之一，對植物生長發(fā)育有著至關(guān)重要的作用[1]。但是，過量施入的磷素在紅壤中以吸附、沉淀、同晶置換等方式被土壤中鐵、鋁氧化物固定并遺留[2]，導(dǎo)致磷肥在紅壤中的當(dāng)季利用率為10%～25%，75%～90%的磷肥被土壤吸附固持[3]。遺留磷在降水侵蝕等外營力驅(qū)動(dòng)下的溶出，已經(jīng)成為了環(huán)境污染尤其是農(nóng)業(yè)面源污染的重要來源[4]。近年來，我國柑橘產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，2018年的產(chǎn)量及栽培面積分別為4 138.14萬t、248.7萬hm2，已多年位居全球首位[5]。在農(nóng)業(yè)部門的規(guī)劃指導(dǎo)下，贛南-湘南-桂北柑橘帶是我國特色柑橘生產(chǎn)重要基地之一，發(fā)展逐漸壯大，柑橘種植已成為我國南方農(nóng)民增收的主要手段[6-7]。但是，過量施肥及施肥方式單一的問題在柑橘種植體系中廣泛存在，嚴(yán)重限制了我國柑橘產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展[8-9]。贛南作為我國柑橘的主產(chǎn)區(qū)，臍橙園大多建在丘陵山地上，坡度在10°～30°的占比達(dá)83.5%[10]，機(jī)械化普及率不夠，人工成本過高，常規(guī)傳統(tǒng)施肥方式效率低下，極大地限制了臍橙產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，探究水肥一體化施用模式下紅壤磷素有效性及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，對農(nóng)業(yè)面源污染的調(diào)控具有迫切的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

大量研究表明，有機(jī)肥的施用不僅提高了土壤保水保肥的能力，也可以提高土壤遺留磷的活化率，其中有機(jī)肥和無機(jī)肥配施可顯著提高土壤全磷和有效磷含量，保障植物生長階段磷的穩(wěn)定供給[11-12]。有機(jī)肥施入土壤后，主要通過以下2種方式影響土壤磷有效性：其一，通過腐解產(chǎn)生的有機(jī)酸來提高土壤磷素的活化率；其二，有機(jī)肥分解出的高分子有機(jī)酸包被土壤黏粒，占據(jù)其吸附位點(diǎn)，來減少土壤礦物對遺留磷的吸附固持[13-14]。目前常見的有機(jī)肥施用方式多以撒施、溝施加澆灌等傳統(tǒng)方式為主，導(dǎo)致水肥利用率較低[15]。與固態(tài)有機(jī)肥相比，液態(tài)有機(jī)肥具有流動(dòng)性和生物活性等特點(diǎn)，它不僅可以調(diào)整微生物結(jié)構(gòu)(氨基酸)、豐富群落結(jié)構(gòu)、改善土壤理化性質(zhì)，還可以有效改善土壤中氮磷等營養(yǎng)元素的分配和遷移。目前，相關(guān)學(xué)者圍繞各種農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)中液態(tài)有機(jī)肥灌溉施肥的影響開展了一些研究，主要在有機(jī)液肥來源、發(fā)酵方式、功能性成分特征以及有機(jī)肥施用后提升作物產(chǎn)量及品質(zhì)，減輕農(nóng)作物病蟲害，降低勞動(dòng)成本等方面[16-17]。但是，關(guān)于液態(tài)有機(jī)肥施用后影響磷有效性及可能導(dǎo)致的環(huán)境問題沒有引起足夠的重視。此外，關(guān)于液態(tài)有機(jī)肥在柑橘種植體系的研究也不多見，奚輝等研究了施用有機(jī)液肥對柑橘園土壤環(huán)境、柑橘經(jīng)濟(jì)效益的影響[18]，但同樣缺乏相關(guān)環(huán)境效應(yīng)的研究。

液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用作為一種省工省力的施肥新模式，有望破解南方丘陵山地柑橘園傳統(tǒng)有機(jī)肥施用面臨的“用工荒”難題[19]。此外，液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用會(huì)顯著改變以土壤含水率為代表的土壤理化性質(zhì)，可能影響土壤有機(jī)質(zhì)及鐵鋁礦物與磷的相互作用，進(jìn)而導(dǎo)致磷的有效性及環(huán)境流失風(fēng)險(xiǎn)的改變。目前，關(guān)于有機(jī)肥液態(tài)施用后的作用機(jī)制不清，須要深入研究。本研究通過施用不同液肥，探討土壤磷素累積量及磷素環(huán)境指標(biāo)變化，可為提高南方丘陵區(qū)柑橘種植產(chǎn)業(yè)紅壤磷素有效性及防治面源污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究于2019年3月至2020年11月在國家臍橙工程技術(shù)研究中心基地(地理位置25°79′N，114°88′E)進(jìn)行。土壤類型為丘陵紅壤土，基礎(chǔ)理化性質(zhì)：pH值為4.50，黏粒含量為2.63%，粉粒含量為58.35%，砂粒含量為38.98%，比表面積(SSA)為23.19 m2/g，土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)含量為 6.94 g/kg，無定形氧化鐵(Fe0)1.65 g/kg，無定形氧化鋁(Al0)含量為1.37 g/kg，堿解氮含量為 46.43 mg/kg，有效磷(Olsen-P)含量為5.63 mg/kg，速效鉀含量為159.67 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究使用的液肥類型包括無機(jī)液肥、動(dòng)物源有機(jī)液肥和植物源有機(jī)液肥。其中，動(dòng)物源有機(jī)液肥由純雞糞漚制，植物源有機(jī)液肥由菜籽餅粕發(fā)酵而成，液態(tài)有機(jī)肥原液理化參數(shù)見表1。試驗(yàn)共有6個(gè)處理(表2)，CK為清水澆灌處理，T1處理為1.58倍Hoagland營養(yǎng)液，T2處理為單施動(dòng)物源液態(tài)有機(jī)肥，T3處理為單施植物源液態(tài)有機(jī)肥，T4處理為動(dòng)物源有機(jī)液肥與無機(jī)營養(yǎng)液等比例混合配施，T5處理為植物源有機(jī)液肥與無機(jī)營養(yǎng)液等比例混合配施。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)6次，相鄰小區(qū)間用水泥磚隔開，小區(qū)面積1.0 m×1.0 m，每個(gè)小區(qū)定植長勢基本一致的1年生枳殼砧紐荷爾臍橙幼苗1株，嫁接時(shí)間為2018年8月，2019年3月定植，隨機(jī)區(qū)組排列。為了符合當(dāng)?shù)啬毘犬a(chǎn)業(yè)以氮定肥的實(shí)際現(xiàn)狀，試驗(yàn)采用等氮設(shè)計(jì)，2019年和2020年累積施氮量分別為50、100 g/株，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)每株樹總施氮量為150 g。具體施肥情況見表2。氮肥為尿素(N含量為46%)和磷酸二氫銨(N含量為12%，P2O5含量為61%)，磷肥為磷酸二氫銨(N含量為12%，P2O5含量為61%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O含量為52%)。

2020年11月停止施肥后，每個(gè)處理隨機(jī)選取3個(gè)小區(qū)進(jìn)行土樣采集，在臍橙樹滴水線外隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)采集表層土壤(0～15 cm)并混勻，剔除根系后自然風(fēng)干土樣過2 mm篩備用。

表1 液態(tài)有機(jī)肥原液理化參數(shù)

1.3 分析項(xiàng)目與測定方法

1.3.1 常規(guī)理化指標(biāo) 土壤pH值按電位法(土水質(zhì)量比1 ∶2.5)[20]進(jìn)行測定；土壤質(zhì)地采用氫氧化鈉分散-激光粒度儀[21]測定；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用油浴重鉻酸鉀法[22]測定；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法[23]測定；土壤比表面積采用氮?dú)馕锢砦椒╗24]測定；無定形氧化鐵、無定形氧化鋁含量采用酸性草酸銨緩沖液浸提-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)[25]測定。

1.3.2 土壤磷素指標(biāo)測定 土壤全磷含量采用H2SO4-HClO4消化-鉬銻抗比色法[26]測定；土壤有效磷(速效磷)和土壤易解吸磷(RDP)含量分別采用NaHCO3和0.01 mg/L CaCl2浸提(土液質(zhì)量比1 ∶20)，鉬銻抗比色法[27]測定。

表2 不同液肥處理下氮磷鉀的來源與構(gòu)成

磷吸附指數(shù)(PSI)[28]，稱取過60目風(fēng)干土樣2.00 g于50 mL離心管內(nèi)，加入含磷濃度75 mg/L的0.01 mg/L CaCl2溶液25 mL(1 g土加磷量為1.50 mg)，加入2滴甲苯，25 ℃恒溫?fù)u床振蕩24 h，5 000 r/min 離心8 min，收集上清液。采用鉬銻抗比色法測定溶液磷含量(C，μmol/L)，并計(jì)算磷吸附量(X，mg/100 g)。

磷等溫吸附[29]：稱取過60目篩的風(fēng)干土樣2.00 g于50 mL離心管中，分別加入0、5、10、20、30、50、100 mg/L的0.01 mg/L CaCl2(pH值=7)溶液40 mL，加入3滴甲苯，在25 ℃恒溫?fù)u床振蕩 24 h，5 000 r/min 離心8 min收集上清液，采用鉬銻抗比色法測定溶液磷含量。

磷等溫解吸[30]：將上述高速離心后殘?jiān)扔脽o水乙醇清洗2遍，再加入40 mL 0.01 mg/L CaCl2溶液，同上25 ℃恒溫?fù)u床振蕩24 h、5 000 r/min離心8 min，測定上清液磷含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

1.4.1 數(shù)據(jù)處理

(1)Langmuir方程擬合磷的等溫吸附：

Ce/Qe=(K×Qmax)+Ce/Qmax。

(1)

式中：Ce為平衡液中的磷濃度，mg/L；Qe為土壤磷的吸附量，mg/kg；Qmax為磷最大吸附量，mg/g；K為吸附親和力常數(shù)。

(2)土壤最大緩沖量(MBC)：

MBC=K×Qmax。

(2)

(3)磷吸持飽和度(DPS)：

DPS=速效磷/Qmax×100%。

(3)

式中：Qmax通過Langmuir方程擬合獲得，mg/g；速效磷為有效磷含量(mg/kg)。

(4)磷吸附指數(shù)(PSI)：

PSI=X/lgC。

(4)

式中：C為平衡液中磷濃度，μmol/L；X為磷的吸附量，mg/100 g。

(5)磷素零點(diǎn)吸附平衡濃度(EPC0)：

EPC0(mg/L)值是通過Qe對Ce作圖，其直線與Ce軸的交點(diǎn)即為EPC0值。其計(jì)算公式為

Qe=Kd×Ce-S0；

(5)

EPC0=S0/Kd。

(6)

式中：S0為初始狀態(tài)下的吸磷量，mg/kg；Kd為線性吸附常數(shù)，L/kg。

1.4.2 數(shù)據(jù)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行處理后用SPSS 21.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(LSD)，采用Origin 2021b進(jìn)行擬合分析繪圖，采用Canono 5.0進(jìn)行冗余分析(RDA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用對紅壤理化性質(zhì)及磷素累積的影響

2.1.1 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用對紅壤理化性質(zhì)的影響 在不同有機(jī)液肥的施用下，土壤理化性質(zhì)具有顯著性差異(表3)。土壤pH值為4.26～4.47，T2和T3處理與CK相比分別增加了0.09、0.05，但3個(gè)處理間均無顯著差異，T1、T4和T5處理與CK相比分別顯著減小了0.12、0.34、0.17，T1、T5處理之間無顯著性差異，但顯著高于T4處理。土壤黏粒占比在1.55%～2.58%，與CK相比均有所降低，CK、T5處理之間無顯著差異，但均顯著高于T1處理，其他處理間無顯著差異；比表面積值在21.55～22.90 m2/g，5種施肥處理后比表面積與CK相比均降低；土壤堿解氮含量為69.50～143.50 mg/kg，T1、T2、T3、T4和T5處理與對照相比分別升高了36.63、4.33、78.63、18.83、52.66 mg/kg，各處理間均具有顯著差異；土壤有機(jī)質(zhì)含量為17.07～26.63 g/kg，T1和T5有機(jī)質(zhì)與CK相比顯著增加了4.17、7.89 g/kg，T2、T3和T4處理比CK顯著降低了1.14、0.76、1.67 g/kg，T1、T3、T4、T5處理間均具有顯著性差異，T2和T3處理間無顯著差異；無定形氧化鐵含量為1.18～2.17 g/kg，T2和T3處理與CK相比增加了0.52、0.08 g/kg，T1、T4和T5處理與CK相比降低0.23、0.45、0.09 g/kg，T2處理含量最高，但與CK和T5處理差異不顯著，與其余處理差異顯著。5種處理的無定形氧化鋁含量與CK相比均降低，T5處理與CK無顯著差異，其余處理與CK相比均差異顯著。

表3 不同液態(tài)有機(jī)肥施用下紅壤的理化性質(zhì)

2.1.2 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用對紅壤磷素累積的影響 土壤有效磷和全磷的變化可以反映出土壤磷素的積累情況。由圖1可知，不同有機(jī)液肥的灌溉施用均可以提高土壤有效磷和全磷的含量，但施肥對土壤有效磷的影響程度顯著大于對土壤全磷的影響程度，且因有機(jī)液肥的配施比例不同增加幅度也有所不同。通過不同液態(tài)有機(jī)肥的灌溉施用，不同處理之間具有顯著性差異，其中T5處理的速效磷顯著高于其他處理，與CK相比提高了12.90倍，T1、T2、T3、T4處理分別增加了1.66、2.45、2.96、2.28倍。T5處理的全磷含量顯著高于其他處理，與CK相比提高了2.60倍，T1、T2、T3、T4處理分別增加了0.23、0.77、0.57、0.33倍。植物源液肥與無機(jī)液肥配施可以顯著提高土壤中有效磷的含量，同時(shí)磷素在土壤中累積富集。

土壤有效磷累積含量的高低，不僅可以反映土壤磷素的肥力水平，而且在一定程度上可以反映通過降水徑流產(chǎn)生的磷素環(huán)境效應(yīng)。從6種施肥處理可以看出，在同等施氮的條件下，隨著施磷量的增加，土壤中有效磷和全磷含量呈現(xiàn)增加的趨勢，同時(shí)有效磷在全磷中的占比也發(fā)生了相應(yīng)變化，5種處理均增大了有效磷的占比，范圍為2.08%～4.11%，與CK相比，分別增加了1.23、1.02、1.62、1.55、3.05百分點(diǎn)，其中T5處理速效磷占比最大，T2處理最小。

2.2 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用對紅壤磷素吸附解吸特征及環(huán)境學(xué)指標(biāo)的影響

2.2.1 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用對紅壤磷素吸附解吸特征的影響 不同有機(jī)液肥土壤磷等溫吸附曲線見圖2-a，各處理間存在較大差異。在低磷濃度時(shí)，外源磷在土壤表面的吸附急劇增加；高磷濃度時(shí)，吸附趨于穩(wěn)定，外源磷在土壤表面的吸附量隨外源磷濃度的升高而降低。其中，T5處理吸附曲線的位置與其他處理相比最低，表明在相同的溶液磷濃度下，T5處理下土壤對磷的吸附量最小。T2處理在平衡液磷濃度0～30 mg/L時(shí)，曲線位置較高，反映了T2處理下土壤對磷素吸附較強(qiáng)。CK處理下土壤磷吸附量最大，可能是因?yàn)樵谇逅疂补嗟奶幚硐峦寥懒姿睾刻澣保斐赏寥缹α椎奈侥芰υ鰪?qiáng)，吸附量顯著增加。土壤磷吸附量與平衡液磷濃度的關(guān)系用Langmuir等溫吸附方程有較好的擬合效果，Langmuir回歸方程擬合出的決定系數(shù)在0.91～0.96之間，均達(dá)到極顯著水平，由回歸方程估算得出相關(guān)參數(shù)可表征土壤磷吸附的基本特征。由表4可知，不同有機(jī)液肥處理的親和力常數(shù)(K)為0.02～0.21，除T4處理外，其他施肥處理的K值均小于CK；不同有機(jī)液肥處理Qmax為0.62～1.55 mg/g，其中T1、T2和T4處理均比CK值小，T3和T5處理均比CK值大，而T5的Qmax值小于T3，表明在不同液肥處理下，植物源有機(jī)液肥與無機(jī)液肥配施土壤的吸附能力小于單施植物源液肥處理。

由圖2-b可知，T4處理解吸曲線位置在T1之上，T2、T3和T5處理曲線趨于中間位置，而CK處理曲線在最下面。說明有機(jī)液肥與無機(jī)液肥配施處理的土壤對磷的吸附能力較弱，外源加入的磷更易被解吸出來進(jìn)入液相；單施動(dòng)物源液肥的土壤對磷的吸附較強(qiáng)，新加入的磷更難解吸出來。從吸附曲線的趨勢可以看出，在外源磷濃度較低時(shí)，解吸曲線增長趨勢較為平緩，而當(dāng)外源磷濃度較高時(shí)，解吸曲線明顯變陡。表明在不同外源磷濃度下，土壤對磷的吸附能力也有所不同，高磷濃度下吸附固持的磷素更易解吸出來，土壤對磷的吸附能力降低。

表4 不同液態(tài)有機(jī)肥施用下紅壤吸附特征參數(shù)

2.2.2 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用對紅壤磷素環(huán)境學(xué)指標(biāo)的影響 在不同有機(jī)液肥處理下，土壤中的磷素風(fēng)險(xiǎn)值發(fā)生了顯著變化(表5)。RDP、EPC0和DPS參數(shù)表征環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)意義一致，均與土壤磷累積量呈顯著正相關(guān)。與CK相比，T5處理RDP含量增加了3.23 mg/kg，其他處理(T1、T2、T3、T4)分別降低了12.05%、4.01%、5.61%、20.14%，T5處理與其他處理之間具有顯著性差異，T1、T2、T3、T4之間無顯著性差異，說明不同有機(jī)液肥處理下，T5處理更易發(fā)生磷的流失，流失風(fēng)險(xiǎn)較大；EPC0是在平衡溶液中土壤磷素達(dá)到吸附與解吸的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的濃度，表明在此濃度下土壤既不發(fā)生吸附，也不發(fā)生解吸。不同處理的EPC0為0.11～1.68 mg/L，與CK相比，T4、T5處理的EPC0分別增大0.21、1.38 mg/L，T1、T2、T3處理分別降低了0.06、0.04、0.19 mg/L，T3、T5處理間相差1.57 mg/L。DPS反映土壤吸附磷位點(diǎn)的飽和狀態(tài)，不同施肥處理下DPS為0.29%～3.72%；與CK相比，5種施肥處理的DPS值均增大，其中T5的DPS值顯著增大，是CK的11.83倍，T1、T2、T4處理間無顯著性差異。MBC和PSI參數(shù)表征環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)意義一致，均與土壤磷累積量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。Qmax和K的乘積代表MBC，是判斷土壤供磷能力的綜合參數(shù)。不同有機(jī)液肥處理MBC為0.03～0.23，其中，CK處理最高，T5處理最低，表明CK處理下土壤對磷素的緩沖能力最大，而T5處理最小，T1、T2、T3和T4處理的土壤對外源磷的緩沖能力大小介于二者之間。PSI用于表征土壤中磷的吸持或釋放的可能性。不同處理的PSI值為 32.29～44.88 mg/kg。與CK相比，不同液態(tài)有機(jī)肥灌溉處理后土壤PSI值均顯著降低，其中T5處理的PSI值最小。

表5 不同液態(tài)有機(jī)肥施用下紅壤磷素環(huán)境學(xué)指標(biāo)

2.3 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用下紅壤理化性質(zhì)與磷環(huán)境學(xué)指標(biāo)的關(guān)系

2.3.1 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用下磷素環(huán)境學(xué)指標(biāo)與理化性質(zhì)的相關(guān)性 由表6可知，RDP與SOM存在顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.83*)，與全磷和速效磷存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.95**、r=0.96**)。EPC0與黏粒、SOM存在正相關(guān)關(guān)系(r=0.58，r=0.78)，與全磷和速效磷存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.91**，r=0.94**)。DPS與SOM存在顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.82*)，與全磷和速效磷存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.95**，r=0.96**)。Qmax與堿解氮存在正相關(guān)關(guān)系(r=0.62)，K值與SSA存在正相關(guān)關(guān)系(r=0.55)，與SOM、全磷、速效磷存在負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.54，r=-0.67，r=-0.70)，與堿解氮存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.92**)。MBC與SSA存在正相關(guān)關(guān)系(r=0.74)，與SOM、全磷、速效磷存在負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.59，r=-0.64，r=-0.68)，與堿解氮存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.94**)。PSI與pH值存在正相關(guān)關(guān)系(r=0.74)，與SOM和速效磷存在負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.50，r=-0.53)。

表6 不同液態(tài)有機(jī)肥施用對紅壤理化性質(zhì)與磷流失風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)的相關(guān)性分析

2.3.2 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用下磷素環(huán)境學(xué)指標(biāo)與理化性質(zhì)的冗余分析 土壤理化性質(zhì)(環(huán)境因子)顯著影響磷素的環(huán)境學(xué)指標(biāo)，本研究通過RDA分析環(huán)境學(xué)指標(biāo)與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系。由圖3可見，RDA分析圖中磷素指標(biāo)的箭頭與環(huán)境因子箭頭的夾角及連線長度可以看出理化性質(zhì)對磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)的影響。結(jié)果表明，RDA第1軸和第2軸累計(jì)解釋了土壤理化性質(zhì)對紅壤旱地磷素含量變化影響程度的92.20%(P<0.01)，且第一軸包含了大部分磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)影響因子信息，能解釋78.20%(P<0.01)。第一象限內(nèi)的Qmax、RDP和EPC0與pH值、黏粒、Al0、堿解氮、全磷和速效磷呈正相關(guān)關(guān)系；第二象限內(nèi)的PSI與SSA和Fe0呈正相關(guān)關(guān)系；DPS與SOM、全磷、速效磷和呈正相關(guān)關(guān)系。另外第二象限的PSI與SOM、全磷和速效磷呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；第三象限的MBC和K值與黏粒、Al0、堿解氮、全磷、速效磷呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 討論與結(jié)論

3.1 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用對紅壤磷素累積的影響

本研究通過施用無機(jī)液肥和有機(jī)液肥或者兩者配施，來探究液態(tài)有機(jī)肥對紅壤磷素累積的影響。結(jié)果表明，施用液態(tài)有機(jī)肥可以顯著增加土壤磷素累積量，降低土壤對外源磷的固持能力。戚瑞生等[31]對黃土旱塬地區(qū)長期定位施肥處理下土壤磷素累積的研究結(jié)果表明，當(dāng)土壤速效磷含量超過62.00 mg/kg時(shí)，磷素就容易發(fā)生地表徑流，造成環(huán)境污染。本試驗(yàn)結(jié)果表明，速效磷含量在8.49～44.37 mg/kg之間，均不會(huì)發(fā)生地表徑流等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問題。與動(dòng)物源液肥處理相比，植物源液肥處理磷素累積量顯著增加，這可能是因?yàn)橹参镌匆悍手泻写罅康乃傩o機(jī)磷和有機(jī)磷，土壤在一定程度上固定了液肥中的磷素[32]。與單施植物源液肥相比，植物源液肥與無機(jī)液肥配施能更好地提高土壤有效磷含量，一方面可能是因?yàn)閱问┲参镌从袡C(jī)肥中磷素起效慢，而與無機(jī)液肥配施迅速加快了肥料中磷素的利用率。另一方面，植物源液肥與無機(jī)液肥配施增加了土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，有機(jī)質(zhì)進(jìn)而轉(zhuǎn)化為腐殖酸，在酸性土壤中腐殖酸中的檸檬酸對磷的活化效果最好，因?yàn)樗嵝酝寥乐袩o機(jī)磷主要以磷酸鐵、鋁鹽的形式存在，檸檬酸與酸性土壤中鐵鋁離子絡(luò)合能力最好，抑制土壤對無機(jī)磷的固定，加大了土壤遺留磷的活性，影響磷素的轉(zhuǎn)化[33]。Kim等研究結(jié)果也表明在施用化肥的基礎(chǔ)上施加有機(jī)液肥，有利于土壤形成穩(wěn)定團(tuán)聚體，增加膠體物質(zhì)，改善土壤理化特性，提高土壤含水率和透氣性能，提高土壤養(yǎng)分的利用率，為植物創(chuàng)造良好的生長環(huán)境[34]。

3.2 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用對紅壤磷素吸附解吸特征及環(huán)境學(xué)指標(biāo)的影響

本研究表明，紅壤對磷的等溫吸附特征符合Langmuir方程，不同液肥灌溉施用會(huì)明顯影響紅壤對磷的吸附特性。當(dāng)外源磷溶液濃度在0～30 mg/L時(shí)，吸附曲線具有較大的斜率，此階段為磷的快速吸附階段，原因可能有2個(gè)方面：其一可能是因?yàn)橥寥乐袩o定形鐵鋁氧化物對磷的化學(xué)吸附，其二可能是因?yàn)橥寥乐械酿ちＩ系柠}基離子對磷的共價(jià)吸附。當(dāng)外源磷濃度大于30 mg/L時(shí)曲線特征趨于平緩，吸附量增加較慢，土壤磷素吸附量逐漸達(dá)到飽和，這一階段為慢速吸附階段，可能與土壤對磷的物理化學(xué)吸附有關(guān)[35]。本研究還表明，在整個(gè)等溫吸附過程中，植物源液肥處理的吸附曲線位置低于動(dòng)物源液肥處理，其中植物源液肥與無機(jī)液肥配施的吸附曲線的位置最低，原因可能是隨著土壤磷素的積累，磷素表面的吸附位點(diǎn)被土壤遺留磷占位，從而降低了磷的吸附能力[36]。土壤磷解吸特征是土壤吸附的固態(tài)磷被一部分解吸進(jìn)入溶液中，本研究表明，動(dòng)物源液肥與無機(jī)液肥配施處理的土壤對磷的吸附較弱，可能是因?yàn)橛袡C(jī)液肥的施用降低了土壤黏粒占比，導(dǎo)致土壤對磷的吸附結(jié)合能減少，進(jìn)而土壤更容易解吸出已經(jīng)被吸附固持的磷素[37]。因此，土壤磷解吸特征也是評價(jià)土壤磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大小的重要指標(biāo)，同時(shí)也涉及到環(huán)境方面的問題。

土壤易解吸磷(RDP)是指土壤遺留磷容易進(jìn)入液相的磷素，表征土壤磷素通過地表徑流流入水體的難易程度[38]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，除植物源與無機(jī)液肥處理外，其他處理的RDP含量均降低。一方面可能是因?yàn)橐簯B(tài)肥料揮發(fā)性較強(qiáng)，另一方面液態(tài)肥料具有肥效快、流動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，更有利于在短期時(shí)間內(nèi)供給植物更多的可溶性磷，殘留在土壤中的易解吸磷含量減少[39]。王敏峰等研究菜地中土壤磷素累積的結(jié)果表明，施用沼液后RDP含量達(dá)到了20.20 mg/kg，顯著提高土壤可溶性磷的累積，加大了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[40]，與其相比本試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)較小。磷零點(diǎn)吸持平衡濃度(EPC0)用來表征土水界面磷交換的方向和含量，土壤磷素處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，其EPC0值越小土壤固相中的磷素較難進(jìn)入液相，而EPC0值越大，則土壤固相中的也就更容易進(jìn)入液相[41]。本研究表明，單施植物源液肥的植物源EPC0值最低，與無機(jī)配施處理的EPC0值最高，與有效磷含量呈顯著正相關(guān)。王艷玲等的研究結(jié)果也表明，與CK相比，施用無機(jī)肥和有機(jī)肥處理的EPC0呈增大趨勢，說明施用有機(jī)肥和無機(jī)肥均導(dǎo)致土壤磷素流失風(fēng)險(xiǎn)增大[42]。不僅如此，本試驗(yàn)結(jié)果表明不同有機(jī)液肥的施用土壤磷吸持飽和度(DPS)也有不同程度的升高，因此將DPS能力來表征隨徑流或被淋溶的流失風(fēng)險(xiǎn)。Sekhon等認(rèn)為當(dāng)DPS大于25%，土壤磷素就容易流失[43]。本研究結(jié)果表明，與對照相比，在不同的液肥灌溉處理后，DPS值均增大，其中有機(jī)與無機(jī)液肥配施的DPS值大于單施有機(jī)液肥，但5種處理均未超出環(huán)境閾值。

土壤磷素的最大緩沖量(MBC)主要受土壤質(zhì)地、有機(jī)物質(zhì)和施肥模式等因素的影響[44]。本研究結(jié)果顯示，植物源液肥處理的最大緩沖量小于動(dòng)物源液肥處理，且植物源液肥與無機(jī)液肥配施小于各處理，原因可能是一方面植物源液肥能有明顯提高有機(jī)質(zhì)含量，有機(jī)質(zhì)具有顯著的凝膠性質(zhì)，顯著降低了土壤鐵鋁礦物對磷的吸附能力。另一方面可能是，液肥中含有大量的有機(jī)酸，而有機(jī)酸可以通過促進(jìn)高穩(wěn)性磷向活性磷轉(zhuǎn)化，顯著提高土壤速效磷含量，提高的幅度可達(dá)10～1 000倍，增大磷素的活化率，降低土壤磷素最大緩沖量[45]。土壤磷吸附指數(shù)(PSI)用于評判土壤磷素的吸持或釋放能力，評估磷素從固相磷向液相釋放的概率。本研究結(jié)果表明，與CK相比，5種施肥處理的土壤PSI值均顯著降低，有機(jī)與無機(jī)液肥配施的PSI值小于單施有機(jī)液肥，說明有機(jī)無機(jī)配施會(huì)顯著增大磷的流失風(fēng)險(xiǎn)，其中植物源與無機(jī)液肥配施風(fēng)險(xiǎn)較大。魏紅安等探究了紅壤磷素的環(huán)境臨界值，研究結(jié)果表明PSI的臨界值為23.46 mg/kg[46]，但本研究結(jié)果中5種施肥處理均未超出環(huán)境閾值。本試驗(yàn)為探究短期內(nèi)液態(tài)有機(jī)肥的灌溉施用對土壤磷素流失風(fēng)險(xiǎn)的影響，但由于液態(tài)肥料肥效時(shí)間較短，土壤中磷素含量累積不高，試驗(yàn)中5種施肥處理均未超出環(huán)境閾值。如果在長期施肥模式下，隨著土壤吸磷量的增多，土壤固磷能力受限，磷素進(jìn)入水體的可能性也將增大，因此液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用對土壤磷素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的影響值得關(guān)注。

本研究表明，不同的施肥模式直接影響土壤理化性質(zhì)及土壤磷素的吸附、轉(zhuǎn)化和解吸的特征，間接影響著磷素環(huán)境學(xué)指標(biāo)。因此，列舉不同施肥模式影響下速效磷、RDP、PSI和DPS相關(guān)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值(表7)。研究結(jié)果表明，施肥可以迅速增加土壤中速效磷和RDP的含量，各處理PSI值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出環(huán)境閾值，部分處理的DPS也嚴(yán)重超出環(huán)境閾值，其中有機(jī)肥混合施用PSI超出閾值20.75 mg/kg，DPS超出環(huán)境閾值131.95%。液體豬糞處理PSI值超出閾值21.50 mg/kg，DPS也超過了9.00%，嚴(yán)重威脅到環(huán)境安全。本研究數(shù)據(jù)表明，植物源與無機(jī)液肥配施不僅提高了土壤中速效磷的含量，PSI與臨界值相比大7.29 mg/kg，DPS也比臨界值小21.58%，磷素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較小。

3.3 液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用下紅壤磷素環(huán)境學(xué)指標(biāo)對理化性質(zhì)變化的響應(yīng)

不同液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用下影響著土壤的理化性質(zhì)(如pH值、土壤質(zhì)地、鐵鋁氧化物、有機(jī)質(zhì)等)進(jìn)而間接影響土壤磷素的累積與釋放。本試驗(yàn)中，易解吸磷(RDP)、磷零點(diǎn)吸持平衡濃度(EPC0)和磷吸附飽和度(DPS)與土壤磷素累積量呈正相關(guān)，表明當(dāng)土壤磷素累積量增加時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)值增大，加大土壤磷素的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。一方面土壤磷素含量的累積是影響RDP、EPC0和DPS的主要因素，另一方面黏粒與其呈顯著正相關(guān)，可能是因?yàn)橥寥鲤ち：吭酱?，對磷的吸附能力增大，土壤黏粒含量的增大可增加土壤對磷的結(jié)合能，造成被土壤吸附的磷更容易被固持，再者土壤鐵鋁氧化物也與其具有較大的正相關(guān)性。陳波浪等在耕型紅壤上進(jìn)行的12年長期肥力定位試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤中結(jié)晶態(tài)鐵鋁化合物被有機(jī)質(zhì)通過溶解、絡(luò)合和還原的方式，提高鐵鋁化合物的活性使非晶質(zhì)鐵鋁化合物增多，加大對磷的吸附能力[58]。土壤最大緩沖量(MBC)和磷吸附指數(shù)(PSI)與土壤累積量呈負(fù)相關(guān)，表明當(dāng)土壤磷素累積量增加時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)值減小，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)加大。SSA和有機(jī)質(zhì)是影響MBC和PSI的主要因素，SSA與MBC和PSI具有較大的顯著正相關(guān)性，可能是因?yàn)橥寥辣缺砻娣e較小，土壤固持磷的能力減小[59]。研究結(jié)果也表明，pH值與PSI具有顯著負(fù)相關(guān)，可能是因?yàn)閜H值與有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)含量增加可能會(huì)致使土壤pH值降低，而酸化的土壤更容易引發(fā)磷的流失，此外土壤中交換性鋁的含量也極易受到土壤pH值的影響，影響磷吸附指數(shù)[60]。

表7 不同有機(jī)肥處理下磷素環(huán)境學(xué)指標(biāo)對比

3.4 結(jié)論

不同液態(tài)有機(jī)肥灌溉施用均可以顯著增加紅壤中磷素的累積和提高磷素有效性，其中植物源有機(jī)液肥與無機(jī)液肥配施在磷素累積和提升磷素有效性方面更有優(yōu)勢。但是，植物源有機(jī)液肥與無機(jī)液肥配施下，土壤易解吸磷(RDP)、土壤磷素零點(diǎn)吸附平衡濃度(EPC0)和吸附飽和度(DPS)等環(huán)境磷指標(biāo)也顯著增加，雖然目前還沒有超過環(huán)境閾值，但也表明這種施肥模式下紅壤磷的潛在流失風(fēng)險(xiǎn)最大。綜合看來，在南方紅壤橘園種植系統(tǒng)，植物源有機(jī)液肥與無機(jī)液肥配施具有節(jié)省勞動(dòng)力和短期內(nèi)迅速提高磷素有效性的顯著優(yōu)勢，但是相應(yīng)的面源磷流失風(fēng)險(xiǎn)也顯著高于其他施肥模式。短期看來，該種施肥模式下環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)雖在閾值范圍內(nèi)，但隨著施肥的繼續(xù)進(jìn)行，長期環(huán)境效應(yīng)仍值得持續(xù)關(guān)注。